1. Materi Genetik
Genom eukariota berada dalam nukleus sebagai kromatin. Bentuk padat kromatin disebut
kromosom. Kromatin dibedakan berdasarkan daya serap terhadap zat warna menjadi:
1. Heterokromatin: yaitu kuat menyerap warna
2. Eukromatin: kromatin tersebut kurang kuat menyerap warna.
Kromatin berdasarkan lokasinya dapat dibedakan menjadi:
1. Kromatin perinuklear: yaitu kromatin yang berlokasi di sekeliling nucleolus
2. Kromatin intranukleolar: kromatin yang berada di dalam nucleolus
3. Kromatin periferal: kromatin yang berikatan dengan selaput sel
Berdasarkan peranannya, heterokromatin dibedakan menjadi:
1. Heterokromatin fakultatif: DNA tidak selamanya dalam keadaan mampat, tetapi pada
saat-saat tertentu kromatin terurai,dan pada saat terurai kromatin ini dapat disalin.
2. Heterokromatin konstitutif: DNA selamanya tidak aktif dan tetap berada dalam keadaan
mampat
Kromatin terdiri dari DNA, RNA dan protein. Protein pada kromatin adalah protein histon dan
non-histon. Protein non-histon pada kromatin merupakan protein struktural antara lain aktin,
tubulin α dan tubulin β dan myosin. Di samping itu juga terdapat protein yang bersifat enzimatik
seperti RNA polymerase, asetil transferase.
Melalui pengamatan dengan mikroskop elektron, terlihat kromatin memiliki struktur seperti
untaian manik-manik yang disebut nukleosom. Manik-manik berdiameter 10 nm dan filament
penghubungnya berdiameter 2 nm. Nukleosom terdiri dari suatu pusat, DNA dan histon H1.
Pusat merupakan empat pasang histon yaitu H2A, H2B, H3 dan H4. Pusat ini dililit oleh DNA
sebanyak dua kali lilitan.
DNA terdiri dari gula deoksiribosa, basa nitrogen dan fosfat. Basa nitrogen terdiri dari purin
(adenine dan guanin) dan pirimidin (sitosin dan timin). Bertindak sebagai tulang punggung rantai
DNA adalah gula dan fosfat. Struktur DNA adalah double heliks dengan gula-fosfat berada di
luar. Dua buah pilinan dihubungkan dengan ikatan hidrogen antara basa-basa DNA. Basa
adenine (A) berpasangan dengan timin (T) dengan dua ikatan hidrogen, sedangkan basa sitosin
(C) berpasangan dengan basa guanine (G) melalui tiga ikatan hidrogen.
DNA prokariot berbentuk sirkular. Di dalam sel bakteri, DNA dikemas dalam bentuk nukleoid.
Di dalam sel yang laju sintesisnya tinggi, permukaan nukleoid bergelombang, sedang nukleoid
yang tidak aktif tampak padat. Jika sintesis tinggi, DNA mengurai dari nukleoid untuk
menyediakan cetakan. Nukleoid selain mengandung DNA juga mengandung RNA dan protein
terutama RNA polymerase. Protein dan RNA nukleoid menjaga agar DNA tetap dalam keadaan
bergelung. Jika nukleoid diberikan RNAse, DNA akan terurai.
Pada virus, informasi genetik tidak hanya berada dalam bentuk DNA. RNA juga mempunyai
kemampuan genomik. Virus mengandung DNA atau RNA.

2. DNA membawa informasi genetik dan bagian DNA yang membawa ciri khas yang diturunkan
disebut gen. Perubahan yang terjadi pada gen akan menyebabkan terjadinya perubahan pada
produk gen tersebut. Gen sering juga diartikan sebagai ruas DNA yang menghasilkan produk gen
yang berupa enzim yang dikenal dengan teori satu gen satu enzim. Karena enzim dapat
merupakan kombinasi polipeptida..maka teori tersebut diubah menjadi satu gen satu polipeptida.
Konsep dasar menurunnya sifat secara molekuler adalah merupakan aliran informasi dari DNA ke
RNA ke urutan asam amino. Konsep dasar ini disebut sebagai dogma genetik. Pada dogma
genetik juga tercermin cara mempertahankan ciri khas supaya tetap sama melalui proses
replikasi. Dogma genetik ini bersifat universal yang berlaku baik bagi prokariot maupun
eukariot.
Replikasi DNA
Sebelum sel membelah, DNA harus direplikasi dalam fase S dari siklus sel. Proses replikasi
melibatkan enzim polymerase. Proses ini melibatkan pembukaan utas ganda DNA, sehingga
memungkinkan terjadinya perpasangan basa untuk membentuk utas baru. Pembentukan utas
komplementer terjadi melalui perpasangan basa antara A dengan T dan G dengan C. Dalam
replikasi DNA, setiap utas DNA lama berperan sebagai cetakan untuk membentuk DNA baru.
Model DNA Watson dan Crick menyatakan bahwa saat double heliks bereplikasi, masing-masing
dari kedua molekul anak akan mempunyai satu untai lama yang erasal dari satu molekul induk
dan satu untai yang baru. Model replikasi ini disebut model semikonservatif.
Model lainnya adalah model konservatif dimana molekul induk tetap dan molekul baru disintesis
sejak awal. Model ketiga disebut model dispersif yaitu bahwa keempat untai DNA, setelah
replikasi double heliks, mempunyai campuran anatara DNA baru dan DNA lama.
Pengujian yang dilakukan oleh Meselson dan Stahl menunjukkan bahwa replikasi DNA terjadi
secara semikonservatif.
Daerah penggandaan bergerak sepanjang DNA induk membentuk replication fork. Pada daerah
ini, kedua utas DNA yang baru, disintesis dengan bantuan sekelompok enzim, salah satunya
adalah DNA polimerase. Sintesis DNA tidaklah berjalan secara kontinu pada kedua utas
cetakan. Hal ini karena kedua utas DNA tersusun sejajar berlawanan arah atau antiparalel. Maka
utas DNA baru akan tumbuh dari 5′ - 3′ sedang yang lainnya dari 3′ - 5′ pada cetakan. Sintesis
dari 3′ - 5′ tidak mungkin dilakukan karena tidak ada DNA polymerase untuk arah 3′ - 5′.
Replikasi DNA pada cetakan 3′ - 5′ terjadi seutas demi seutas dengan arah 5′ - 3′ yang berarti
replikasi berjalan meninggalkan replication fork. Utas-utas pendek tersebut kemudian
dihubungkan oleh enzim ligase DNA. Dalam replikasi DNA terdapat utas DNA yang disintesis
secara kontinu yang terjadi pada cetakan 5′ - 3′. Utas DNA yang disintesis secara kontinu ini
disebut utas utama atau leading strand. Sedangkan utas DNA baru yang disintesis pendek-
pendek seutas-demi seutas disebut utas lambat atau lagging strand. Utas-utas pendek atau
fragmen-fragmen pendek yang terbentuk disebut fragmen Okazaki.
Sintesis pada leading strand memerlukan molekul primer pada permulaan replikasi Setelah
replication fork terbentuk, polymerase akan bekerja secara kontinu sampai utas DNA baru selesai
direplikasi. Pada sintesis lagging strand, diperlukan enzim lain primase DNA. Setelah utas DNA
terbuka untuk melakukan replikasi, dan setelah terbuka pada lagging strand, utas harus dijaga

3. agar tetap terbuka. Jadi dalam proses replikasi DNA melibatkan beberapa protein baik berupa
enzim maupun non-enzim yaitu :
1. Polimerase DNA : enzim yang berfungsi mempolimerisasi nukleotida-nukleotida
2. Ligase DNA : enzim yang berperan menyambung DNA utas lagging
3. Primase DNA : enzim yang digunakan untuk memulai polimerisasi DNA pada lagging
strand
4. Helikase DNA : enzim yang berfungsi membuka jalinan DNA double heliks
5. Single strand DNA-binding protein : mestabilkan DNA induk yang terbuka
Replication fork berasal dari struktur yang disebut replication bubble yaitu daerah
menggelembung tempat pilinan DNA induk terpisah untuk berfungsi sebagi cetakan pada sintesis
DNA.
Transkripsi
Transkripsi DNA merupakan proses pembentukan RNA dari DNA sebagai cetakan. Proses
transkripsi menghasilkan mRNA, rRNA dan tRNA. Pembentukan RNA dilakukan oleh enzim
RNA polymerase. Proses transkripsi terdiri dari 3 tahap yaitu :
1. Inisiasi : enzim RNA polymerase menyalin gen, sehingga pengikatan RNA polymerase
terjadi pada tempat tertentu yaitu tepat didepan gen yang akan ditranskripsi. Tempat
pertemuan antara gen (DNA) dengan RNA polymerase disebut promoter. Kemudian
RNA polymerase membuka double heliks DNA. Salah satu utas DNA berfungsi sebagai
cetakan.
Nukleotida promoter pada eukariot adalah 5′-GNNCAATCT-3′ dan 5′- TATAAAT-3′. Simbul N
menunjukkan nukleotida (bisa berupa A, T, G, C). Pada prokariot, urutan promotornya adalah 5′-
TTGACA-3′ dan 5′-TATAAT-3′.
1. Elongasi : Enzim RNA polymerase bergerak sepanjang molekul DNA, membuka double
heliks dan merangkai ribonukleotida ke ujung 3′ dari RNA yang sedang tumbuh.
2. Terminasi : terjadi pada tempat tertentu. Proses terminasi transkripsi ditandai dengan
terdisosiasinya enzim RNA polymerase dari DNA dan RNA dilepaskan.
mRNA pada eukariota mengalami modifikasi sebelum ditranslasi, sedangkan pada prokariota
misalnya pada bakteri, mRNA merupakan transkripsi akhir gen. mRNA yang baru ditranskrip
ujung 5′nya adalah pppNpN, dimana N adalah komponen basa-gula nukleotida, p adalah fosfat.
mRNA yang masak memiliki struktur 7mGpppNpN, dimana 7mG adalah nukleotida yang
membawa 7 metil guanine yang ditambahkan setelah transkripsi. Pada ujung 3′ terdapat
pNpNpA(pA)npA. Ekor poli A ini ditambahkan berkat bantuan polymerase poli (A). tetapi
mRNA yang menyandikan histon, tidak memiliki poli A.
Hasil transkripsi merupakan hasil yang memiliki intron (segmen DNA yang tidak menyandikan
informasi biologi) dan harus dihilangkan, serta memiliki ekson yaitu ruas yang membawa
informasi biologis. Intron dihilangkan melalui proses yang disebut splicing. Proses splicing
terjadi di nukleus.

4. Splicing dimulai dengan terjadinya pemutusan pada ujung 5′, selanjutnya ujung 5′ yang bebas
menempelkan diri pada suatu tempat pada intron dan membentuk struktur seperti laso yang
terjadi karena ikatan 5′-2′fosfodiester. Selanjutnya tempat pemotongan pada ujung 3 terputus
sehingga dua buah ekson menjadi bersatu.
rRNA dan tRNA merupakan hasil akhir dari proses transkrips, sedangkan mRNA akan
mengalami translasi.
tRNA adalah molekul adaptor yang membaca urutan nukleotida pada mRNA dan mengubahnya
menjadi asam amino. Struktur molekul tRNA adalah seperti daun semanggi yang terdiri dari 5
komponen yaitu
1. Lengan aseptor: merupakan tempat menempelnya asam amino,
2. Lengan D atau DHU: terdapat dihidrourasil pirimidin,
3. Lengan antikodon: memiliki antikodon yang basanya komplementer dengan basa pada
mRNA
4. Lengan tambahan
5. Lengan TUU: mengandung T, U dan C
Translasi
Pada prokariota yang terdiri dari satu ruang, proses transkripsi dan translasi terjadi bersama-
sama. Translasi merupakan proses penerjemahan kodon-kodon pada mRNA menjadi polipeptida.
Dalam proses translasi, kode genetic merupakan aturan yang penting. Dalam kode genetic,
urutan nukleotida mRNA dibawa dalam gugus tiga - tiga. Setiap gugus tiga disebut kodon.
Dalam translasi, kodon dikenali oleh lengan antikodon yang terdapat pada tRNA.
Mekanisme translasi adalah:
1. Inisiasi. Proses ini dimulai dari menempelnya ribosom sub unit kecil ke mRNA.
Penempelan terjadi pada tempat tertentu yaitu pada 5′-AGGAGGU-3′, sedang pada
eukariot terjadi pada struktur tudung (7mGpppNpN). Selanjutnya ribosom bergeser ke
arah 3′ sampai bertemu dengan kodon AUG. Kodon ini menjadi kodon awal. Asam
amino yang dibawa oleh tRNA awal adalah metionin. Metionin adalah asam amino yang
disandi oleh AUG. pada bakteri, metionin diubah menjadi Nformil metionin. Struktur
gabungan antara mRNA, ribosom sub unit kecil dan tRNA-Nformil metionin disebut
kompleks inisiasi. Pada eukariot, kompleks inisiasi terbentuk dengan cara yang lebih
rumit yang melibatkan banyak protein initiation factor.
2. Elongation. Tahap selanjutnya adalah penempelan sub unit besar pada sub unit kecil
menghasilkan dua tempat yang terpisah . Tempat pertama adalah tempat P (peptidil)
yang ditempati oleh tRNA-Nformil metionin. Tempat kedua adalah tempat A
(aminoasil) yang terletak pada kodon ke dua dan kosong. Proses elongasi terjadi saat
tRNA dengan antikodon dan asam amino yang tepat masuk ke tempat A. Akibatnya
kedua tempat di ribosom terisi, lalu terjadi ikatan peptide antara kedua asam amino.
Ikatan tRNA dengan Nformil metionin lalu lepas, sehingga kedua asam amino yang
berangkai berada pada tempat A. Ribosom kemudian bergeser sehingga asam amino-
asam amino-tRNA berada pada tempat P dan tempat A menjadi kosong. Selanjutnya
tRNA dengan antikodon yang tepat dengan kodon ketiga akan masuk ke tempat A, dan
proses berlanjut seperti sebelumnya.

5. 3. Terminasi. Proses translasi akan berhenti bila tempat A bertemu kodon akhir yaitu UAA,
UAG, UGA. Kodon-kodon ini tidak memiliki tRNA yang membawa antikodon yang
sesuai. Selanjutnya masuklah release factor (RF) ke tempat A dan melepaska rantai
polipeptida yang terbentuk dari tRNA yang terakhir. Kemudian ribosom berubah
menjadi sub unit kecil dan besar.
Pustaka:
Albert, B., D. Bray, J. lewis, M. Raff, K. Roberts, J.D. Watson. 1994. Molecular Biology of the cell.
Garland Publishing, Inc, New York.
Campbell, N.A., Reece, J.B., Mitchell, L.G. 2002. Biologi. Alih bahasa lestari, R. et al. safitri, A.,
Simarmata, L., Hardani, H.W. (eds). Erlangga, Jakarta.
Reksoatmodjo, S.M.I. 1993. Biologi Sel. Departemen Pendidikan dan kebudayaan, Direktorat Jendral
Pendidikan Tinggi, Proyek Pembinaan Tenaga Kependidikan, Pendidikan Tinggi.
Watson, J.D., T.A. Baker, S.P. Bell, A. Gann, M. Levine, R. Losick. 2008. Molecular Biology of The
Gene. Pearson Education, Inc, San Francisco.